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1、第二章 影响模具失效的基本因素,1、模具结构设计对失效的影响2、模具材料对失效的影响3、模具毛坯的锻造和预处理对失效的影响4、模具的热处理缺陷对失效的影响5、模具的冷加工对失效的影响6、模具使用状况对失效的影响,影响模具失效的因素：工作条件、模具结构设计、模具材料、模具的冷热加工及模具的使用状况等。,模具早期失效原因统计表,第一节 模具结构设计对失效的影响一、冷作模具结构设计防护措施（一）优选工作间隙冷冲裁模工作间隙：冲裁间隙或刃口间隙。,冷冲裁过程示意图a）弹性变形阶段 b）塑性变形阶段 c）剪裂阶段,刃口间隙对冷冲裁模寿命的影响1Q235钢，板料厚度6mm 2Q235钢，板料厚度10mm
2、31Cr18Ni9Ti钢，板料厚度8mm,（二）保证结构刚度,1）合理设计凸模的截面形状和尺寸，尽量减小其长径比；2）适当加大凸模柄部的承载面积和固定长度；3）加大凸模垫板厚度或采用多层淬硬垫板，避免由于垫板面积小、厚度薄或硬度不足而出现变形、凹坑等损伤，使凸模产生附加弯曲应力。,4）对细长凸模可设置导向板等辅助支承。,注射模推杆推出系统示意图,塑料注射模也要求精确的导向。如果导向精度不高，则其推出系统的推杆就受力不均衡，轻者造成塑料表面划伤、推杆磨损加剧，重者造成推杆卡死或折断。,（三）减轻工作载荷,冲头单位压力与其寿命的关系,为了减载，从设计上应注意以下几方面：1.合理制定压力加工工艺,改
3、变工件形状和冷挤压工艺以减载a）原来的工件形状 b）改进后的工件形状,1）改变工件形状和冷挤压工艺a）反挤压工艺，模具的工作载荷很大；b）复合挤压工艺，模具的工作载荷小。,2）合理选择变形量及采用相应的预成形工艺,采用预成形毛坯以减载a）制动器轮盘零件 b）预成形毛坯,a）采用一次挤压成形。b）先挤压成预成形毛坯，再最后挤压成形。,3）还应注意其它工作环节4）冷挤压过程中的可靠润滑，也是降低挤压力的重要因素,2.合理设计模具形状结构1）凸模形状对挤压力的影响,反挤压黑色金属时凸模形状对其单位压力的影响1平底凸模 2圆台端凸模，160 3圆台端凸模，120 4半球端凸模,两种挤压冲头的形式a）凸
4、端型 b）平端型,2）正挤压凹模的截面变化量和入口角的大小对挤压力的影响,凹模几何参数对挤压力的影响a）锥形进口凹模 b）截面变化量和入口角对挤压力的影响材料15钢 球化退火 磷化加MoS2,3）圆角半径的影响,正挤压凹模截面过渡圆角尺寸对寿命的影响,模具圆角半径,外（凸）圆角半径：对工艺影响大。过小，在模锻中，易造成锻件折叠缺陷。内（凹）圆角半径：对模具寿命影响大。过小，在圆角半径处产生较大应力集中，易萌生裂纹，导致断裂。,3.注意特殊的减载结构,排气通道设计a）梭芯零件 b）梭芯冷挤压凸模,细型芯侧进料注射模结构改进示意图a）改进前 b）改进后,（四）减少应力集中1.组合凸模结构,空心零件
5、正挤压凸模的结构形式a）整体式 b）过盈配合组合式 c）粘结固定组合式,其它凸模的组合形式：,凸模的组合形式a）固定凸模套 b）可动凸模套 c）多层凸模套 d）带芯杆的凸模套,2.组合凹模结构,弯曲凹模改进示意图a）整体式 b）组合式,凹模的各种分割组合形式a）、e）整体式 b）、c）、f）、g）纵向分割式 d）、h）横向分割式,冷挤压整体式凹模常因底部R处应力集中而破裂。,挤压凹模结构a）整体结构 b）组合结构,挤压凸模结构a）整体结构 b）组合结构,塔形锻造凹模结构a）整体结构 b）组合结构,如图a）结构，易在K处产生裂纹，采用b）结构后，避免了裂纹产生，寿命提高。,3.预应力镶套凹模预应
6、力镶套结构：凹模体用高强韧材料制造，工作部分为压力镶入的高硬耐磨材料，使之兼有型腔耐磨和整体强韧的优点。,螺栓冷镦凹模改进示意图a）整体式 b）镶套式,汽车轮胎螺母凹模结构a）三层结构 b）四层结构,汽车轮胎螺母的凹模，原先采用三层，在工作时凹模60锥角部位切向拉应力达988N/mm2，模具寿命为5000件左右，改为四层后，切向拉应力降为745N/mm2，模具寿命为2.5万件。,预应力镶套式组合凹模a）纵向分割式 b）横向分割式,采用组合式模具，可根据工作状况，不同模块选用不同材料，便于加工，便于更换，提高模具的整体寿命。,二、热作模具结构设计防护措施,热挤压垫块改进示意图a）改进前 b）改进
7、后,（一）避免突出尖角 热挤压有色合金的3Cr2W8V钢制垫块，常因其棱角部分软化变形而早期失效。将棱角改为R20mm圆角后，其寿命提高一倍。,（二）采用内冷结构 挤压钢坯的热作冲头，工作温度不可避免地要超过其回火温度，会发生软化。设计成水内冷结构的空心模具，以有效地降低模具温度，减慢软化过程。,（三）减轻热机械载荷,热压冲头结构改进示意图a）改进前 b）改进后,如果工件加工要求不允许模具改变外形结构时，则同样可设计成组合结构。,轴承套圈热压凹模改进示意图a）整体式 b）组合时,第二节 模具材料对失效的影响一、模具材料的性能（一）模具材料的基本性能1.使用性能（1）强度（2）冲击韧性（k）：材
8、料承受冲击载荷或冲击能量的能力。（3）耐磨性：材料抗磨损的能力。（4）耐蚀性：材料抗周围介质腐蚀的能力。（5）硬度：材料抵抗外部物体压入的能力。（6）热稳定性:材料在高温下，保持其组织、性能稳定的能力。（7）耐热疲劳性：在高温下，材料承受应力频繁变化的能力。,2.工艺性（1）锻造工艺性：材料对锻造工艺的适应性。（2）切削加工工艺性：材料切削加工的难易程度。（3）热处理工艺性：材料在热处理时，获得所需组织、性能和形状尺寸的难易程度。（4）淬透性：材料在一定条件下淬火时，获得淬硬层深度的能力。,（二）模具的工作条件与使用性能1.室温冲击力较小工况 2.室温冲击力较大工况,3.高温冲击力较小工况4.
9、高温冲击力较大工况,二、模具材料的选用原则及影响（一）被加工零件的批量 模具的预期寿命是由其加工零件的生产批量来决定的。,生产批量很小时，可选用价格低廉，易于加工制造的模具材料；在大量加工产品时，则应选用高性能、高质量的材料。,薄钢板冲裁模具材料选用表,（二）被加工材料的性质1.被挤压材料不同，冷挤压模具所承受的载荷差别很大。,被挤压材料与冷挤压应力的关系,2.热强钢的热变形抗力远高于的合金结构钢。,3.拉深镍基合金板料时极易发生咬合。4.塑料制件的表面质量要求很高。5.聚氯乙稀等塑料在注射成形过程中会分解出腐蚀性气体。,（三）模具材料的性能及失效特点,螺栓冷镦凹模,螺栓冷镦凹模：用Cr12钢
10、制作，工作中常出现早期劈裂失效，寿命仅12千件。改用T8A制作，采用内孔喷水激冷薄壳淬火，有效地克服了早期劈裂现象，寿命高达两万件以上。,三、模具材料工作硬度的影响1.模具的最佳工作硬度和模具材料的种类和具体服役条件有关。,T8A钢制铆钉模的工作硬度与寿命的关系,HRC5556，硬度高，脆性大。HRC4749，硬度低，强度不够。HRC5153，为最佳值。,2.为了提高整套模具的使用总寿命且便于维修，凸、凹模的硬度应合理配合。对于冲裁箔材的“无间隙”冲模，或小批量冲裁薄板的冲模。生产上普遍采用“半硬凹模加全硬冲头”的硬度配合，冲头取5658HRC，凹模取3842HRC。,四、模具钢冶金质量的影响
11、具体表现形式为：非金属夹杂、碳化物偏析、中心疏松及白点等。,（一）非金属夹杂经锻压加工后，非金属夹杂物呈流线分布，使钢纵、横向性能出现差异。如冲头中的流线走向与轴线平行，则冲头有可能发生纵向劈裂；若与轴线垂直，则易发生横向折断。,（二）碳化物偏析碳化物偏析：过共析合金钢和莱氏体钢中的碳化物，在结晶过程中常呈不均匀结晶或析出，形成大块状，网状或带状偏析。,（三）中心疏松和白点集中缩孔：钢液在凝固时体积要收缩，由于最后凝固的部位得不到钢液的补充，变形成缩孔。疏松：即分散缩孔。钢液在结晶过程中，枝晶生长得不到钢液补充而形成细小分散的缩孔。,白点：钢中溶入了氢，随着温度的下降，氢在钢中的溶解度降低，析
12、出的氢在钢的孔隙或非金属夹杂物处结合成氢分子而造成极高的压力，因而造成钢中的显微裂纹。这种裂纹内壁呈银白色，故称为白点。危害：这类缺陷往往促成模具毛坯的锻造开裂、淬火开裂以及在服役中发生脆断。当锻造不当使疏松部位出现在模具表面时，还会使模具表面受力时出现凹陷。,第三节 模具毛坯的锻造和预处理对失效的影响一、模具毛坯的锻造缺陷（一）锻造的一般缺陷过热：由于加热温度过高或高温下加热时间过长，引起晶粒粗化的现象。过烧：如果加热温度远远超过了正常的加热温度，以致晶界出现熔化和氧化的现象。,（二）碳化物形态和分布均匀性不良 如采用大锻造并正确控制停锻温度和锻后冷却速度比反复镦拔更能细化钢中的碳化物，改善
13、碳化物分布的均匀性，减轻偏析程度。（三）流线走向和分布不合理,钢锭锻造过程形成纤维组织示意图,对于重载模具，如果它承受最大拉应力的方向与流线方向垂直，就很容易发生早期劈裂失效。,模具沿流线早期劈裂失效示意图,合理的流线分布：使流线走向与最大拉应力方向一致，与最大切应力方向垂直；并尽量使纤维分布与零件的轮廓符合而不被切断，形成“全纤维分布”，即非金属夹杂纤维和变了形的晶粒都完整地按轮廓形状分布。,纤维组织是稳定的非金属化合物，用热处理和其它方法不能改变，只有通过锻造等压力加工手段才能改变其走向和分布。,不同加工方法制成齿轮的纤维组织,二、模具毛坯的锻造工艺（一）原材料的质量检验和备料备料：使长径
14、比L/d2.53,并尽可能选用小规格钢材。（二）锻锤吨位的选择过小，锻打不深不透，心部组织得不到改善；过大，则易打击过重，造成锤裂。（三）锻造温度区间和锻后冷却结构钢的锻造温度区间较宽可达400C；而高合金工具钢只有200C。,（四）模具毛坯的锻造方式1.基本锻造方式（1）轴向镦拔：是沿钢料轴向反复镦粗拔长。适用模具：工作部分沿圆周分布的重载模具，如滚丝模、圆剪刃等。（2）横向镦拔：是将钢料轴向镦粗后转90方向，沿垂至于流线的方向作多次镦拔成形。适用模具：工作部分（型腔或刃口）位于端面的模具。多向镦拔：综合了轴、横向锻造的优点，是沿三维方向对钢料轮番进行反复换向的锻造。,2.精密模具的锻造特点
15、精密模具：淬火前镗好工作孔或配好间隙的薄板冷冲模和淬火后加工余量极小的塑料模、压铸模等。锻造方式：对小型模块一般采用轴向镦拔，使流线呈轴向或辐条状分布；对中型模块采用多向镦拔，并使流线和碳化物呈无定向分布。,3.重载模具的锻造特点受力特点：承受较大的机械载荷，服役中易发生断裂失效。锻造的主要目的：使热处理后获得高的强韧性。要求：应选用足够能量的锻锤，采用一定的锻造方式，使模具毛坯的基体组织致密，碳化物颗粒细小均匀。同时，使流线合理分布，使钢料表层配置于工作部位，使流线走向与易断裂面垂直。,三、模具毛坯的预备热处理（一）预处理对切削加工的影响 一般钢材适于切削加工的硬度范围是160230HBS。
16、具有复杂型腔的模具锻坯的硬度控制在179217HBS。,（二）预处理对淬火质量的影响 共析和过共析钢，通过预处理获得细球化体组织，不仅有利于切削加工，还有利于提高淬火质量。,（三）模具毛坯的预处理工艺1.正火2.球化退火3.高温回火 4.调质处理,第四节 模具的热处理缺陷对失效的影响一、模具热处理的一般缺陷（一）过热和过烧过热：会引起晶粒粗大，碳化物聚集，使其冲击韧性下降，易产生早期断裂。过烧：表现为晶界局部熔化，变形十分显著，性能急剧降低，模具只能报废。（二）氧化、脱碳和腐蚀氧化使表面形成氧化皮，腐蚀使表面形成麻点，氧化和腐蚀影响模具表面的粗糙度和精度。,（三）淬火裂纹原因：模具预处理组织不
17、良、碳化物偏析严重、冷加工应力过大、淬火操作不当、模具本身形状复杂薄厚不均等。,（四）淬火温度过高或过低冷作模具：淬火温度一般不易过高，否则将降低韧性。但也不宜过低，以免相变不完全，降低硬度、耐磨性和其他力学性能。热作模具：宜采用较高的淬火温度，以保证其高温强度、热稳定性和热疲劳抗力。淬火温度过低则影响其使用寿命。,（五）回火不足回火不足：影响内应力的消除和韧性的提高，容易引起早期断裂。热作模具：回火温度应尽量接近（或超过）其工作温度，以避免模具工作时表面层继续发生回火转变，产生表面拉应力，或产生其它缺陷。,热处理基础知识（补充）一、A（奥氏体）在冷却时的转变,共析钢的C曲线,1.A等温冷却转
18、变产物（1）P型转变（A1550C）a）A1650C，产物为P。b）650600C，产物为S。c）600550C，产物为T。P型组织：F与Fe3C层片相间的机械混合物。（2）B型转变（550CMs）a）550350C，产物为B上。b）350230C，产物为B下。B型组织：过饱和F与粒状Fe3C的机械混合物。,2.A连续冷却转变产物,共析钢连续转变C曲线,（1）M转变：当VVk，且TMs时，过冷AMAr（少量）。Vk越小，C曲线越往右移，淬透性越好。,（2）连续冷却转变及产物a）退火：V1与C曲线交于700650C，产物为P。,b）正火：V2与C曲线相交于650600C，产物为S。c）油淬：V3
19、与转变开始线交于600550C，又与Ms线相交，产物为TM。d）水淬：V4与C曲线不相交，直接与Ms线相交，产物为MAr(少量）。,二、常用淬火方法,淬火方法示意图a）单液淬火 b）双液淬火,1.单液淬火单液淬火：将钢件A化后放入一种介质中冷却淬火，称为单液淬火。2.双液淬火双液淬火：钢件加热A化后，先放入一种冷却能力较强的介质中冷至接近Ms点温度，立即再转入另一中冷却能力较弱的介质中冷却，使M转变处在缓冷的条件下进行。,淬火方法示意图a）分级淬火法 b）等温淬火法,3.分级淬火法分级淬火法：将钢A化后迅速放入稍高于Ms点温度的盐浴或碱浴中，并稍加停留，待其表面和心部与介质温度基本相同后，再取
20、出空冷，使过冷A转变成M。4.等温淬火法等温淬火法：将钢A化后放入温度稍高于Ms的盐浴或碱浴中，并保温足够长的时间，使其在等温过程中完成B下的转变。,三、钢在回火时的组织转变第一阶段：M的分解。在100200C回火时，M不断地析出极细的碳化物（Fe2.4C），使M的过饱和程度降低，正方度减小。但固溶体仍然是过饱和的，且碳化物还与M保持着共格关系。组织：M回（过饱和固溶体 碳化物）。第二阶段：Ar分解。在200300C时，由于M不断分解成M回，正方度减小，比容减小，从而降低了对Ar的压力，促使其分解为B下。组织：M回。,第四阶段：碳化物的聚集长大。在400C以上，由于原子的扩散能力进一步增强，渗
21、碳体颗粒逐渐聚集长大。回火温度越高，渗碳体颗粒越大。同时，F在500650C范围内完成再结晶过程，使之完全失去M针状或板条状原形，其晶体内位错密度也降到较低的程度，从而恢复为多边形的F晶粒。组织在:S回（多边形晶粒F粒状Fe3C）。,第三阶段：渗碳体的形成和铁素体的恢复。在M和Ar分解后，随着温度继续升高，碳原子扩散能力增强。在300400C范围，过饱和固溶体不断析出碳化物而很快地恢复为F；同时，碳化物也逐渐由亚稳定状态转变为稳定的渗碳体，并使去与母相的共格联系，因而使淬火造成的晶格畸变和内应力基本消除。组织：T回(针状或板条状F细粒状Fe3C）。,二、模具的热处理变形及控制（一）热处理变形的
22、概念及影响因素1.热应力及其所引起的变形热应力：模具在加热和冷却过程中，尤其在淬火冷却时，由于表面和心部之间或不同截面尺寸的各部分之间的温差而引起胀缩量不一致，从而在不同的胀缩区之间产生了相互牵制的应力。热应力变形：当热应力的值超过材料的屈服强度时即产生塑性变形。,a）b）c）d）e）f）模具热处理变形特征分类a）轴类 b）立方体 c）圆盘形 d）圆环形 e）开口形 f）长槽形,热应力变形的结果：使轴杆形模具的长度收缩而直径变粗；使圆盘形模具的直径收缩而厚度增加；使圆环形模具的外径和内孔收缩而厚度增加；使立方体形模具的棱角收缩而平面凸起。,2.组织应力及其所引起的变形组织应力变形：在组织应力作
23、用下，塑变抗力较小的A组织区将会产生塑变。,a）b）c）d）e）f）模具热处理变形特征分类a）轴类 b）立方体 c）圆盘形 d）圆环形 e）开口形 f）长槽形,3.相变引起的体积变化如钢淬火，组织由AM或AB下体积。A残的体积A的体积。钢回火，M淬M回或M淬T回体积。A残M回或A残B下体积。,体积变化与应力变形的不同特点：1）应力变形有明显的方向性，在主导方向上胀大或缩小，在非主导方向上相应地缩小或胀大，而体积变化表现在各个方向的尺寸变化率是相同的；2）应力变形的总变形量可随着重复的热处理操作（使内应力重复作用）的次数增多而增大，而体积变化则不因重复的相变而改变。,4.畸形变形畸形变形：模具结
24、构形状若存在明显的不规则和不对称，或受其它因素影响，在加热或冷却时会造成热处理应力不平衡，从而会引起畸形变形。,T8A钢长条冲头淬火弯曲变形,模具热处理变形特征分类a）轴类 b）立方体 c）圆盘形 d）圆环形 e）开口形 f）长槽形,5.热处理变形的影响因素及控制措施,热处理工艺因素对冷作模具型腔变形趋势的影响,2）模具的几何形状和截面尺寸决定着热处理变形的主导方向，也决定着应力和变形的大小。模具结构形状的对称程度还影响着畸形变形。,模具热处理变形的控制措施：（1）合理设计和选材,模具开设工艺孔以减少变形示意图,在模具结构设计方面：,在模具选材方面：为减小变形，应选用屈服强度高、淬透性好的合金
25、钢。,（2）合理锻造和预处理如对CrWMn等低合金模具钢，预处理采用调质可减小淬火前后组织的比容差，以利减小变形；对高碳高铬钢模具，将调质处理中的高温回火改为退火，可进一步减小淬火变形。,（3）合理调整冷、热加工工序,模具预留工艺拉肋或成对加工以减少变形示意图a）加工时预留工艺拉肋 b）成对加工后淬火 c）加工艺拉杆 d）长槽凹模预留工艺拉肋,形状不对称的模具或模具上易变形的部位可预留工艺拉肋，条件允许时也可采用成对加工，依靠机械固定来减小变形，热处理后再行切除或切开而成为模具成品。,（4）合理制定热处理工艺,（二）碳素结构钢的变形规律及变形控制1.碳素结构钢的变形规律 规律：随着wc的增高，
26、在主导方向上的淬火变形胀大率先增大、后减小。当wc增加至0.45%0.5%时，胀大率增大至高峰值；当wc增加至1.0%左右时，胀大率又逐渐下降至接近零值；当wc大于1.2%时，变形率可为负值，即在主导方向上趋于收缩。,A含碳量对M转变温度的影响,M的晶体结构示意图,A含碳量对M转变温度的影响：A的W C%越高Ms，Mf越低，当A的W C%0.5%时，Mf 点便降到0C以下。M的晶体结构：体心正方晶格（a=bc），c/a正方度。M含碳量越高，其正方度越大，M的比容也越大。,a）b）c）d）e）f）模具热处理变形特征分类a）轴类 b）立方体 c）圆盘形 d）圆环形 e）开口形 f）长槽形,中碳钢或
27、中碳低合金钢制圆盘形、扁方形模具，水中淬火会使外径、内孔及孔距尺寸胀大；圆筒形模具则表现为内孔、外径及高度胀大。,2.中碳钢变形的影响因素及控制措施（1）模具的截面尺寸规律：如果模具能淬透，尺寸越大，淬火时的组织应力越大，胀大变形率也越大，且在临界淬透尺寸时达到最大；当模具不能淬透时，尺寸越大，淬硬层深度越小，组织应力减弱，胀大变形率减小。防止措施：为了减小变形、防止开裂，除应注意结构设计外，淬火冷却方法应利于减小模具各部分相变不等时性。,（2）淬火加热温度：不易过高。提高淬火加热温度，可提高A稳定性，使淬硬层增厚，组织应力增大，从而使胀大变形率增加。（3）淬火冷却方法 淬透性好的中碳合金钢的
28、淬火胀大变形率受冷却方法的影响较小，用油或低温硝盐冷却时，其胀大变形率一般为0.10%0.15%，比能淬透的中碳钢变形小，比不能淬透的中碳钢变形大。因为在都能淬透的情况下，中碳合金钢的M s点低，且A的塑变抗力较大。,（4）回火回火变形：回火时，其变形是在淬火变形的基础上收缩。原来淬火胀大的主导方向收缩，原来收缩的非主导方向也收缩，且随着回火温度升高，收缩量增大。（5）加工余量和预处理特点：中碳钢模具的淬火变形主要是变形主导方向上的胀大。,（三）碳素工具钢的变形规律及变形控制1.碳素工具钢变形的影响因素及控制措施（1）截面尺寸和淬火加热温度：1）对过共析钢（T10A、T12A）的影响。当截面尺
29、寸增加至1025mm时，热应力变形起主导作用，主导方向趋于收缩，提高T淬会使热应力增大，收缩更为明显。当截面尺寸继续增大时，淬不透的心部区增大，心部先发生高温或中温转变，削弱了热应力的影响，使主导方向上的收缩变形减小。,2）对共析钢（T8A）的影响 当截面尺寸小于20mm时，正常温度下的淬火变形表现为少量胀大，且胀大率随淬火温度的升高而增大；当截面尺寸增加至25mm时，淬火变形才表现为主导方向上少量收缩，但提高T淬又将使变形转向胀大；当截面尺寸大于30mm时，淬火变形一般为主导方向上收缩，只有提高淬火温度至810C以上时，方可使变形转向胀大。,3）淬火温度的选择。为了减小变形，对过共析钢应采用
30、较低的加热温度。对共析钢可根据截面尺寸的增大适当提高淬火加热温度。,（2）冷却方法 在碳素工具钢模具中，截面尺寸为1025mm的过共析钢模具，收缩变形最为突出，在实际生产中常采用硝盐分级淬火来减小其变形。,碳工钢模具水淬和硝盐淬的表面形态a）硝盐淬火 b）水中淬火,（3）回火,控制变形的其它具体措施：当模具截面薄厚不均、相差悬殊时，对薄壁部位可贴附石棉、铁皮保护，防止冷速过快；对厚大部位可增开工艺孔等以提高其冷速；模具采用预热并减慢加热速度，以防薄壁部位加热过快引起热应力塑性变形。,2.碳素工具钢模具变形控制实例,T10A钢冲模变形控制实例,（1）T10A冲模要求：5862HRC，冲模圆周边刃
31、附近有6个轴向均布的8mm小孔，且孔距精度要求严格。,热处理工艺措施：淬火冷却先在盐水中冷却1215s，再转入油中冷却至100150C出油并及时回火。回火温度200220C，保温2h空冷。,（2）T8A钢冲模,T8A钢冲模变形控制实例,1）淬火工艺：淬火加热前经560C预热，淬火加热温度为820830C，加热时间不宜过长以防晶粒长大；加热后先在盐水中冷却6s再转入油中冷透。2）回火工艺：260C回火1h空冷。最后在模口186mm的尺寸上收缩0.02mm。,（四）低合金工具钢的变形规律及变形控制1.低合金工具钢变形的影响因素及控制措施（1）淬火加热温度规律：提高淬火加热温度将使M比体积增大，Ar
32、量增加。而这类钢的Ar量并不太多，M比体积的增大起主导作用，因而使胀大变形率增大。措施：为了减小变形并获得好的耐磨性，由这些钢制造的模具，其淬火加热温度不宜高。截面尺寸较大或淬透性较低的模具，可适当提高淬火温度；精度要求高的模具，可适当降低淬火温度。,（2）淬火冷却方法1）对硬度要求不高（5060HRC）的模具 可采用稍高于Ms温度的等温淬火以减小胀大变形；对硬度要求高于60HRC的模具，可采用Ms点以下的等温淬火。2）对于低淬透性钢GCr15、CrMn等制造的大截面（80mm）模具，为了提高淬硬层深度，应首先考虑采用提高冷速的方法，而尽量避免提高淬火温度，以减少胀大变形。3）对精度要求高的模
33、具 可根据其硬度要求选择不同温度进行等温淬火，等温时间不宜过长，等温后随硝盐一起缓冷。这样不仅能显著减少组织应力，还能使淬火后的Ar 量增多，从而使胀大变形得以控制。,（3）回火工艺变形规律：150160C回火时，M碳化物（Fe2.4C），使M的过饱和程度降低，正方度减小。这时，由于M析出碳化物，使比体积减小，原胀大变形开始收缩。回火温度升高至220240C以上，由于不断地MM回，正方度减小，比容减小，从而降低了对Ar 的压力，促使ArB下。又开始出现尺寸胀大，并在260320C回火时出现尺寸胀大峰值。继续提高回火温度（300400C），过饱和固溶体F，同时，Fe2.4C Fe3C，变形又趋于
34、收缩。,2.低合金工具钢模具变形控制实例：CrWMn钢冷冲模要求：硬度为5862HRC，冲模上有20个坐标镗床加工成形的310mm模孔，最大孔距要求（2600.05）mm。,CrWMn钢冷冲模示意图,1）模具实心较厚，孔距尺寸较大，应先在600C预热，并选择810820淬火加热。2）为保证淬硬并有一定的淬硬深度，加热后先淬入120140C的低温硝盐中冷却1min 再转入230240C的硝盐中等温20min取出空冷至室温。,3）按淬火后的收缩变形量，选择240260C回火1h时，收缩量减小至0.04mm，满足精度要求。,（五）高碳高铬钢的变形规律及变形控制高碳高铬钢：Cr12、Cr12MoV、C
35、r6WV、Cr5Mo1V、Cr4W2MoV等。影响因素及控制措施：（1）淬火加热温度规律：提高淬火加热温度使淬火组织中的M比体积增大，Ar量增多。在这两种对变形影响相反的因素中，这类钢的Ar量较多，是影响变形的主要因素。措施：具体模具淬火温度的选择首先要考虑淬火变形的可控性。为此，宁可选择略高的淬火温度。如对Cr12MoV钢，可选择1040C加热淬火，使模具产生少量的收缩变形。随后可通过低温停置或冷处理使之胀大，以达到控制变形的目的。,（2）淬火冷却方法规律：高碳高铬钢正常淬火加热后快速冷却，变形趋于胀大；而若在M转变区缓冷则胀大变形量减小。淬火后若在更低的温度停置或进行冷处理，可使部分Ar继
36、续转变为M，从而产生淬火变形基础上胀大。,降低淬火冷却速度会增加Ar量，这与A的“热稳定化”有关。,（3）回火工艺特点：高碳高铬钢的回火抗力高，回火时M的分解和Ar 的转变是影响模具尺寸变化的两个主要原因。规律：如Cr12Mo1V钢在1040C加热淬火后回火时，随着回火温度的升高，模具尺寸逐渐收缩，在450500C回火时收缩量最大。回火温度再升高，模具尺寸又逐渐胀大，在540560C回火时胀大量最大。但这时模具的硬度也逐渐下降至5255HRC，低于多数冲模要求的硬度值5862HRC。,（4）带状碳化物的影响规律：沿带状碳化物方向常出现较大的胀大变形，垂直于带状碳化物方向的胀大变形较小或呈现收缩
37、。,三、模具热处理变形的校正（一）机械法方法：热处理后的冷压校正、冷击校正、冷压配合氧乙炔焰局部“热点”校正，淬火冷却时的淬火压力机床校正、专用整形夹具校正，回火过程中的加压回火等。,（二）热应力法,1.在Ac1温度以下加热急冷法1）钢在Ac1 温度以下的塑性越好，则热应力的收缩效果越显著。2）材料的热膨胀系数大而导热性差时所产生的热应力大，因而收缩效果显著。3）模具的形状和截面尺寸也影响加热急冷的收缩效果。如由模具形状决定的变形主导方向和非主导方向的尺寸比值为（410）：1时，主导方向上的收缩效果较大；而当这个比值接近与1：1时，收缩效果很小。,2.外表面覆盖淬火收缩内孔法范围：对只要求型孔
38、淬硬而外周边可不淬硬的模具，可用此方发收缩型孔。3.高温A区急冷收缩法 可采用高温A区加热急冷，利用A较大的热膨胀系数和较好的塑性，使之产生较大的热应力收缩变形。,（三）胀大处理法：1.淬火胀大法应用范围：这种方法主要适用于组织应力变形特征明显的低、中碳的碳素工具钢和低合金工具钢。,2.冷处理和回火法 对于淬火后有较多Ar的钢种，可在淬火后短时间内进行冷处理，随后在Ar转变的温度范围回火，可获得少量的尺寸胀大。3.使模具产生胀大变形也可以采用机械法 如使模具在外力作用下回火，利用回火相变的超塑性条件使之产生尺寸胀大等。,第五节 模具的冷加工对失效的影响 1.模具外形的加工：这些地方的加工质量对
39、模具的寿命影响不大。,2.模具工作型面的加工：加工这些工作型面的方法有两类。第一类是电加工，包括电火花、电火花线切割、电解。第二类是机械加工，包括切削加工、成形磨削、削铣和抛光等。,一、切削加工的影响1.切削加工的目的2.注意事项,二、磨削加工的影响1.磨削加工的目的 获得较高的表面硬度、较高的制造精度及表面质量。,3.磨削加工缺陷：磨削烧伤和磨削裂纹。1）磨削烧伤 轻度的磨削烧伤表现为被磨削表面呈现黄、紫、兰等彩色条文。中度磨削烧伤使表面更明显地软化，如使合金钢和高速钢的表面硬度分别降至50HRC和60HRC以下。重度磨削烧伤可使表面薄层加热至相变温度以上并产生二次淬火，形成高硬度的亮白层。
40、,2.磨削加工特点成形磨削方法有：成形砂轮磨削法、仿形磨削法和夹具磨削法。,2）残余应力及磨削裂纹,砂轮磨削及残余应力a）砂轮磨削 b）磨削表面残余应力分布,裂纹一般垂直于磨削方向，少数与磨削方向平行，二者构成网状。,3）磨削缺陷对失效的影响：严重降低模具的疲劳强度和断裂抗力。,9Cr2钢试样的接触疲劳寿命,4）防止措施：在磨削加工时，控制切削厚度和磨削用量，并注意砂轮质量，采用适当的切削液及足够的用量，可防止磨削缺陷。,三、电火花加工的影响1.电火花加工：电火花穿孔加工、型腔加工和线电极切割。,电火花加工装置原理1脉冲发生器 2工具电极 3模坯 4工作液,2.电火花烧伤层：电火花放电的瞬时温
41、度很高，使被加工表面层金属快速熔化又快速凝固，形成硬度很高的白亮层。3.对失效的影响：电火花烧伤层中存在较大的拉应力，当其厚度较大时会出现显微裂纹，从而降低模具的韧性和断裂抗力。4.防止措施：模具在进行电火花加工时应注意调整电规准，控制熔化层的厚度在10m以下。加工后应补充回火，以消除应力，降低脆性。,第六节 模具使用状况对失效的影响一、坯料状况的影响1.坯料的材质和性能 塑变抗力、磨耗作用、咬合倾向及腐蚀性等对模具失效有很大影响。2.坯料的表面状况和加工温度1）表面状况a.表面粗糙度：表面粗糙的坯料使模具的摩擦增大、磨损加重，降低模具使用寿命。b.坯料表面层的状态也影响模具寿命。2）加工温度
42、,二、锻压设备特性的影响1.对于冷作模具，冲压设备的精度和刚度对其使用寿命影响较大。,加强开式压力机刚性的措施a）受力后变形 b）安装拉杆加固,2.对于热作模具 失效形式受热锻压设备的加载速度、冲压频率和冲压能量的影响。1）加载速度的影响：锤锻模，容易在机械载荷的作用下在其薄弱部位或应力集中处开裂；曲柄压力机、水压机加载速度低，模具容易产生表面软化、塑变、冷热疲劳和热应力开裂。,2）冲压能量的影响：3）冲压频率的影响：设备的冲压频率高，容易导致模具因热强性不足产生塑性变形失效；而冲压频率低时，容易导致模具的冷热疲劳失效。,三、模具的使用与维护的影响（一）正确的使用方法：（二）模具维护1.现场维
43、护 模具安装在相应设备上工作之前、工作之后和工作间隙停顿时的维护。,1）润滑对提高冷作模具的寿命有显著作用。2）冷却对热作模具必不可少，它可防止模具在热负荷作用下温度升过高而引起的失效。3）预热：如压铸T8钢肋骨的经渗铝的3Cr2W8V压铸模，使用前不预热产生大量裂纹，模具寿命为509件；在使用4根0.7kW的电热管，将模具预热至300C，并在模腔上喷涂经加热的石磨水剂，使模具温度一直保持在260300C时，模具寿命为1190件。,4）间歇工作时的保温 保温以模具温度在250300C为宜，保温方式可用预热模具同样的方式进行。5）模具停工时的缓冷 模具服役后，隔天再用或为了维修拆下前，不能让模具直接冷到室温，必须缓冷，使模具的温度缓慢下降，减小“冷冲击”。,2.非现场维护 模具从设备上拆下来的维护称非现场维护。1）去应力退火 过大内应力与工作载荷带来的应力相叠加很容易达到破坏应力，造成模具的塑性变形与断裂。2）超前修复 模具服役一段时间（仍能正常服役）后，为了提高模具总寿命，把模具拆卸下来修理称为超前修复。,本章完,
